MAGNA MARCO GEOCÉNTRICO DE REFERENCIA NACIONAL NUEVO SISTEMA GEODÉSICO PARA COLOMBIA Z Y

NUEVO SISTEMA GEODÉSICO PARA COLOMBIA z γ Z β y x α λ ϕ Z Y Y X X MAGNA MARCO GEOCÉNTRICO DE REFERENCIA NACIONAL REPÚBLICA DE COLOMBIA MINISTERIO DE HACIENDA Y CRÉDITO PÚBLICO INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI SUBDIRECCIÓN DE CARTOGRAFÍA DIVISIÓN DE GEODESIA SANTAFÉ DE BOGOTÁ, D.C., ENERO DE 1999

PRESENTACIÓN El -IGAC-, instancia rectora de la producción de información georreferenciada en Colombia, está en la obligación de proporcionar un marco de referencia para el país acorde con los estándares internacionales vigentes. Para el efecto, el Instituto ha decidido definir, instrumentar y adoptar un sistema geodésico moderno como respuesta a la actual ubicación espacial de los datos geográficos y los crecientes niveles de precisión impuestos por los Sistemas de Información. Dentro de este marco, en las siguientes líneas se exponen los factores que definen la obsolescencia del sistema geodésico actual y que imponen la necesidad de su renovación total. Asimismo, se presentan las propiedades de la nueva plataforma de referencia, las implicaciones técnicas de su instrumentación, las ventajas de su utilización y las medidas transitorias necesarias para su adopción definitiva a nivel nacional. El IGAC siempre ha tenido como objetivo principal la satisfacción de las necesidades de sus usuarios. Por este motivo, mediante el presente documento, nos permitimos difundir las diversas consideraciones tenidas en cuenta para el desarrollo del nuevo marco de referencia nacional; esperando como retribución, hacernos partícipes de las opiniones y comentarios de las personas que por la naturaleza de sus actividades, tienen como insumo básico la información geodésica o cartográfica generada por el IGAC y que, por tanto, serán los directos beneficiados con el cambio. La vigencia de cualquier sistema de referencia está marcada por su utilización. De este modo, es necesario que el IGAC y las comunidades geodésica y cartográfica del país, promuevan la adopción del nuevo marco nacional para que sea puesto en operación de la manera más eficiente y provechosa posible.

CONTENIDO Introducción 4 1. Situación geodésica actual 5 1.1 Sistema geodésico vigente: Dátum Bogotá 1.2 Incompatibilidad entre la tecnología GPS y el Dátum Bogotá 2. Nuevo sistema geodésico: MAGNA, Marco Geocéntrico de Referencia Nacional 9 2.1 Red geodésica nacional permanente y activa 2.2 Red básica GPS 2.3 Red de densificación GPS 3. Medidas transitorias para la compatibilidad entre los levantamientos GPS y la cartografía existente 13 4. Ventajas del nuevo sistema geodésico de referencia 14 4.1 Soporte a la automatización catastral 4.2 Simplificación en el manejo digital de datos espaciales 4.3 Soporte a la descentralización administrativa 4.4 Reducción de riesgos para el Estado. 5. Nuestros usuarios y el nuevo sistema de referencia 15 Conclusiones 16

durante los últimos 60 años. INTRODUCCIÓN. El - IGAC- es el organismo del Gobierno Nacional encargado de producir, analizar y divulgar la información georreferenciada necesaria para el desarrollo integral del país. Esta información es indispensable en la formulación y ejecución de proyectos de los sectores público y privado, por lo que debe caracterizarse por su vigencia técnica y la oportunidad de su producción. Para el efecto, el IGAC, a través de la - División de Geodesia, se ocupa de la determinación, la administración y el mantenimiento del Sistema de Referencia Geodésico Nacional, el cual proporciona los puntos de control horizontal y vertical necesarios para la ubicación y representación cartográfica de los diversos rasgos topográficos del territorio colombiano. Desde la creación en 1902 de la Oficina de Longitudes y Fronteras, precursora del IGAC, una de nuestras principales actividades ha sido la generación de información geodésica confiable con propósitos cartográficos principalmente. Como resultado, el país cuenta actualmente con planchas topográficas de cubrimiento nacional a diferentes escalas, referidos espacialmente al Dátum Bogotá (Elipsoide Internacional de Hayford, 1924) y a la Red Geodésica Clásica (ARENA). Afortunadamente, los objetivos iniciales han sido desbordados y numerosas instituciones de tipo gubernamental, académico y privado, han utilizado nuestra información como punto de apoyo para el adecuado desempeño de sus actividades, demostrándonos una vez más, los altos niveles de calidad que ha mantenido el IGAC en la información geodésica generada 4 No obstante, con la creciente utilización de técnicas de posicionamiento por satélite, especialmente del GPS (Global Positioning System), se han presentado ciertas incompatibilidades entre la cartografía existente y las posiciones nuevas, lo cual evidencia deformaciones tanto, en la base cartográfica nacional como en la plataforma geodésica vigente. Estas distorsiones obedecen principalmente a las condiciones técnicas que rigieron el establecimiento del sistema de referencia nacional y sus efectos deben ser, en consecuencia, explicados y resueltos por el IGAC. Por otra parte, los avances en la administración digital de datos georreferenciados exigen niveles de precisión que no pueden ser satisfechos por las condiciones geodésicas actuales, haciendo necesario que la plataforma de referencia evolucione hacia la integración más dinámica y efectiva de las diferentes variables terrestres. De acuerdo con lo expuesto, nuestra intención consiste en establecer un sistema geodésico renovado y compatible en el ámbito internacional que facilite la actualización de la cartografía nacional y proporcione la calidad demandada por nuestros usuarios. Su adopción debe hacerse con la mayor brevedad posible, considerando un período de transición razonable, durante el cual pondremos a disposición los algoritmos adecuados de transformación y los servicios de asesoría técnica que se requieran para hacer posible la compatibilidad entre los levantamientos GPS y la cartografía actual. Así, el IGAC continuará proporcionando el soporte geodésico que el desarrollo nacional exige, teniendo como objetivo principal la satisfacción de las necesidades de nuestros usuarios, de quienes esperamos la necesaria cooperación que facilite la adopción oficial y puesta en marcha del

nuevo sistema geodésico nacional de referencia: MAGNA (Marco Geocéntrico de Referencia Nacional). Línea perpendicular al elipsoide 1. SITUACIÓN GEODÉSICA ACTUAL Las planchas topográficas son el resultado de representar la superficie terrestre en un plano, mediante la proyección de diferentes puntos ubicados sobre la topografía; dicha representación puede hacerse directamente sobre un plano (Proyección Azimutal) o dentro de un cono o un cilindro (Proyección Cónica o Cilíndrica). Independientemente del método utilizado, debe definirse un sistema coordenado que sirva como referencia común de los diferentes puntos a proyectar, garantizándose la concordancia entre sus posiciones. Para el efecto, se ha desarrollado una figura geométrica regular, muy cercana a la forma y dimensiones de la Tierra, que permite, mediante un sistema coordenado en su superficie, ubicar espacialmente los diferentes detalles topográficos. Esta figura se conoce como elipsoide y su cuadrícula superficial (meridianos y paralelos) genera las coordenadas elipsoidales: latitud y longitud geodésicas. La latitud es el ángulo entre el plano ecuatorial del elipsoide y la línea perpendicular a éste, que pasa por el punto de análisis, mientras que la longitud, es la distancia angular entre el meridiano que pasa por el lugar de observación y el de referencia (Figura 1a). Existe una definición alterna de coordenadas geodésicas que se denominan cartesianas. Éstas equivalen a la proyección del punto correspondiente sobre los ejes X, Y, Z, que definen al elipsoide y cuyo origen se ubica en el centro del mismo (Figura 1b). Si dicho origen coincide con el centro de masas terrestre, las coordenadas se denominan Geocéntricas. Éstas son utilizadas, principalmente, en navegación aérea, satelital y espacial. 5 Meridiano de referencia a. Latitud (ϕ) y longitud (λ) geodésicas Meridiano de referencia X Plano ecuatorial λ Plano ecuatorial Z λ b. Coordenadas geocéntricas (X, Y, Z) Figura 1. Coordenadas elipsoidales En Colombia, las posiciones geodésicas se definen sobre el Elipsoide Internacional de 1924 o de Hayford, cuyas dimensiones son: a= 6 378 388 m (semieje mayor) y f=1/297 (aplanamiento). Estas posiciones han sido establecidas en el país tomando como punto de partida el Observatorio Astronómico de Bogotá, cuyas coordenadas astronómicas se asumieron como elipsoidales, suponiendo que en este sitio el elipsoide y el geoide (forma real de la Tierra) coinciden perfectamente. Este punto junto con la red ARENA (Antigua Red Geodésica Nacional), y ϕ ϕ P Meridiano local Meridiano local P z Línea perpendicular al elipsoide x Y

dieron origen al Dátum Bogotá, el cual no es más que la materialización del Elipsoide Internacional en el territorio colombiano. cortos intervalos de tiempo, lo que garantiza la continuidad y ampliación de su utilización. 1.1 Sistema geodésico clásico: Dátum Bogotá. De acuerdo con lo expuesto, el IGAC inició, hace 60 años, la determinación de la red de control horizontal ARENA, la cual está conformada por cerca de once mil puntos, que constituyen los vértices geodésicos de primer, segundo y tercer orden. La red de primer orden (2000 vértices) (Figura 2) fue determinada mediante arcos de triangulación distribuidos sobre las cumbres más prominentes del territorio nacional y fueron ajustados independientemente a partir de 33 estaciones astronómicas, similares a la establecida en el Observatorio Astronómico. La red de primer orden dio apoyo a los vértices de segundo orden y éstos a su vez a los de tercer orden, empleando métodos geodésicos de precisión (triangulación, bisección, trilateriación y poligonación) para su determinación. A pesar de que el Dátum Bogotá fue definido siguiendo las recomendaciones de la Asociación Internacional de Geodesia y que, además, éste ha dado el soporte adecuado al desempeño de la Geodesia y de la Cartografía en el país durante las últimas décadas; con la utilización del posicionamiento GPS, se han hecho evidentes sus deficiencias y las de la red geodésica clásica. 1.2 Incompatibilidad entre la tecnología GPS y el Dátum Bogotá La tecnología GPS, además, de ser una de las herramientas más avanzadas para la determinación de coordenadas sobre la superficie terrestre, proporciona posiciones geodésicas muy precisas a bajos costos y en 6 Figura 2. ARENA: Antigua red de referencia nacional El inconveniente que surge con los sistemas preexistentes es que, las posiciones obtenidas por GPS están referidas a elipsoides geocéntricos y no a los locales, generándose diferencias considerables entre las coordenadas GPS y las clásicas de un mismo punto. Esta situación, existente no solo en Colombia sino a nivel mundial, provoca circunstancias adversas para la navegación, las aplicaciones científicas y las disciplinas técnicas comprometidas con la georreferenciación. En consecuencia, si varían las coordenadas geodésicas de un punto, habrá cambios en su representación cartográfica e incompatibilidades entre los mapas actuales y los obtenidos a partir de la técnica GPS. Las principales causas de obsolescencia de la cartografía actual y del dátum clásico se resumen en:

A. Dátum Local vs Dátum Global La definición clásica de los sistemas de referencia se hacía mediante la selección arbitraria de valores de latitud y longitud de un punto sobre la superficie terrestre, el cual era definido como origen o dátum local y su posición con respecto al centro de la Tierra variaba considerablemente de un lugar a otro. Es así como el Dátum Bogotá está desplazado 530 m del geocentro. El desarrollo de la Geodesia Espacial, ha permitido cualificar la definición de los elipsoides y ha complementado sus características geométricas con atributos físicos que los acerca más al comportamiento terrestre. De este modo, se han convertido en dátum globales o sistemas internacionales de referencia, cuyas principales características son: - La masa elipsoidal es equivalente a la masa terrestre - La velocidad angular de rotación del elipsoide es igual a la terrestre - El origen del sistema cartesiano elipsoidal corresponde con el centro de masas terrestre - El eje Z del sistema cartesiano elipsoidal, coincide con el eje de rotación terrestre. Estas condiciones permiten que un elipsoide sea definido no solo por el radio ecuatorial y el aplanamiento, sino también por otras cantidades físicas. Para el efecto, se presentan los parámetros correspondientes al Elipsoide WGS84 (World Geodetic System 1984) que es el que soporta la tecnología GPS: Semieje mayor: a = 6 378 137,00 m Cte. Gravitacional Geocéntrica: GM = 3 986 005 x 10 8 m 3 s -2 Factor dinámico de deformación: J2 = 108 263 x 10-8 Velocidad angular: w=7 292 115 x 10-11 rad s -1 7 A partir de estos valores es posible derivar las demás constantes físicas y geométricas necesarias para el desarrollo de los cálculos geodésicos. Si el tamaño y la posición de los elipsoides de referencia varían, las coordenadas geodésicas para un mismo punto también varían (Figura 3). Por esto, al querer representar un levantamiento GPS sobre cartografía IGAC, se encuentran diferencias de, aproximadamente, 200 m en sentido Norte Sur y 300 m en sentido Este Oeste. Superficie topográfica P Línea perpendicular al elipsoide local Elipsoide local Línea perpendicular al elipsoide geocéntrico ϕ L Elipsoide geocéntrico Figura 3. Dátum global vs dátum local. B. Deformación y ajuste parcial de la red clásica ARENA ARENA fue construida mediante mediciones ópticas relativas de ángulos y distancias, a partir de puntos de control cuyas coordenadas fueron asumidas como fijas. De esta forma, los errores sistemáticos presentes en las coordenadas geodésicas iniciales fueron compensados como errores accidentales y distribuidos entre los nuevos vértices. De igual manera, en aquellas zonas despobladas del país, dónde no existían puntos de control (estaciones astronómicas o vértices de primer orden), las triangulaciones fueron ajustadas parcialmente, generándose un desplazamiento relativo de las estaciones. ϕ G

SAN ANDRES QUITO QUIBDO CALI POPAYAN CARTAGENA SINCELEJO MONTERIA MEDELLIN MANIZALES PEREIRA ARMENIA IBAGUE NEIVA FLORENCIA SANTA MARTA BARRANQUILLA VALLEDUPAR TUNJA RIOHACHA BUCARAMANGA SANTAFEDEBOGOTA CUCUTA VILLAVICENCIO YOPAL S. J. DEL GUAVIARE ARAUCA MITU LETICIA INIRIDA PUERTO CARREÑO Es decir que las distancias, los ángulos y las coordenadas clásicas, son diferentes para un mismo punto si éste es derivado a partir de vértices distintos. Las técnicas posteriores de levantamientos geodésicos como los sistemas de medición electrónica de distancias, posicionamiento Doppler, interferometría y, más recientemente, el sistema GPS, han permitido hacer una evaluación de la consistencia interna de ARENA. Como resultado del análisis se establece que las mayores deformaciones (entre 25 y 30 m) se encuentran al norte del Departamento del Vichada, sobre la frontera con Venezuela. Siguen en magnitud (entre 10 y 20 m) las presentes en el Departamento del Chocó y, en menor proporción (en torno a los 5 m), las existentes entre los Departamentos de Antioquia y Córdoba, el suroeste del Departamento del Tolima y alrededor de la Ciudad de Cúcuta. En la mayoría del territorio nacional, las discrepancias oscilan entre 0 y 2 m, siendo las menores las del Distrito Capital, algunas zonas de la Costa Atlántica y áreas sobre la Cordillera de Los Andes. C. Baja definición del modelo geoidal utilizado en la determinación del Dátum Bogotá. Las mediciones geodésicas se realizan sobre la superficie terrestre. Sin embargo, las coordenadas de los puntos ocupados se definen sobre el elipsoide; es decir, que estos son desplazados desde la topografía hasta la superficie elipsoidal. Esto se hace mediante la utilización del geoide, que puede imaginarse como la prolongación del nivel medio del mar en calma bajo los continentes. Desafortunadamente, debido a las condiciones de la época en que fue establecida la red, las alturas geoidales empleadas en la reducción de los datos presentan imprecisiones hasta de 80 m. Estas deformaciones en la posición vertical de los puntos se traducen en 8 desplazamientos horizontales que pueden alcanzar varias decenas de milímetros. D. Geodinámica La corteza terrestre está fracturada en diversas porciones denominadas placas tectónicas. Por la naturaleza de la Tierra, estas placas están moviéndose continuamente en diferentes proporciones y direcciones, de acuerdo con la zona en que están ubicadas. Si se conocen las características (magnitud y dirección) del movimiento tectónico, es posible establecer cuánto pueden variar las coordenadas de los puntos geodésicos ubicados sobre ellas. Colombia se encuentra en el área de convergencia de cuatro placas (Figura 4), esto hace que la mayoría del territorio nacional yazca sobre una zona de deformación cortical pronunciada que no obedece a ningún patrón homogéneo de movimiento. De esta forma y, considerando que las posiciones geodésicas vigentes fueron determinadas hace más de 50 años, fácilmente, se presentan cambios de varios metros en las coordenadas de los puntos de control actuales. PLACA COCOS NICARAGUA 88mm/año 71mm/año COSTA RICA PROVIDENCIA Y SANTA CATALINA PLACA NAZCA ESQUEMA TECTÓNICO DE COLOMBIA (Drewes, 1998) PANAMA PLACA CARIBE 7mm/año ECUADOR Cintu ron de d eforma ción del Caribe S istema de fallas frontal PASTO MOCOA Sistema defallas Romeral Cauca PERU Fala Santa Marta 11mm/año Falla Oca COLOMBIA Sistema de fallas Boconó VENEZUELA PLACA SURAMERICA BRASIL Figura 4. Esquema tectónico de Colombia. Si bien, a medida que avanza el conocimiento de la Tierra, los elipsoides construidos para representarla mejoran ostensiblemente sus dimensiones y

características físicas; estos modelos no pueden ser caracterizados con el movimiento interno terrestre y exigen que la variable temporal sea incluida como la cuarta dimensión geodésica. En otras palabras, la geodinámica hace que la posición geodésica de un punto dependa de la época en que dicha información es requerida. Los cuatro aspectos anteriores generan, conjuntamente, las variaciones en las coordenadas de los puntos representados en la cartografía. Por esto, las divergencias entre los mapas actuales y los levantamientos realizados con GPS no son constantes; varían de acuerdo con la ubicación de la zona estudiada. El país se ha caracterizado por mantener altos estándares de calidad y competitividad en la producción de información geográfica y cartográfica. No obstante, es necesario abordar una política de modernización de la base geodésica que reconozca la excelencia de la información clásica y que, además, comprenda su obsolescencia y la necesidad de una renovación total. El IGAC, ente rector de la Cartografía en Colombia, ha encontrado como la mejor alternativa la definición de un nuevo marco de referencia que: actualiza la representación cartográfica del país, soporta la tecnología GPS, satisface las exigencias de precisión requeridas por sus usuarios y es compatible internacionalmente. Tal plataforma ha sido denominada MAGNA: Marco Geocéntrico de Referencia Nacional. 2. NUEVO SISTEMA GEODÉSICO: MAGNA (MARCO GEOCÉNTRICO DE REFERENCIA NACIONAL) Con base en lo anterior, el nuevo dátum debe permitir la referenciación de coordenadas en cualquier parte del mundo, debe considerar la variación temporal de 9 éstas y debe facilitar su modificación de acuerdo con la dinámica terrestre. El último elipsoide calculado y el más utilizado a nivel mundial en la definición de plataformas de referencia es el GRS80 (Geodetic Reference System, 1980), el cual en sentido práctico, es el mismo WGS84. Éste fue determinado, por los Estado Unidos, a partir del GRS80 para el cálculo de las órbitas satelitales del Sistema TRANSIT (Navy Navigation Satellite System) y de la constelación NAVSTAR (Navigation System with Time and Ranging). Las constantes de estos dos elipsoides son idénticas, con excepción de una pequeña variación en el factor dinámico de deformación (J 2 ). Sin embargo, las longitudes geodésicas calculadas sobre ellos son iguales y las diferencias máximas que se presentan entre las latitudes correspondientes alcanzan los 0,00003 segundos de arco (0,1 mm). A pesar de que el elipsoide GRS80 es el mejor definido hasta ahora, las posiciones geodésicas referidas a éste deben ser refinadas mediante la inclusión de la variación temporal de las coordenadas generada por la dinámica terrestre. En este sentido, un dátum geodésico está compuesto por dos aspectos: el primero se relaciona con un modelo matemático (elipsoide) de ejes coordenados (X, Y, Z) cuyo origen coincide con el centro de masas terrestre y es conocido como ITRS (International Terrestrial Reference System) y, el segundo, está asociado con la materialización del primero mediante el establecimiento de una red de puntos geodésicos con coordenadas tridimensionales referidas al ITRS, éste es definido como ITRF (International Terrestrial Reference Frame). Como las coordenadas de los puntos sobre la superficie terrestre varían en función del tiempo, es necesario redefinir periódicamente sus valores; por tanto, el ITRF va acompañado por las dos últimas cifras del año en que se ha determinado (v. gr. ITRF94).

12.60 12.58 12.56 12.54 12.52 12.50 12.48 81.75 81.7 81.71 81.69 13.40 13.38 13.36 13.34 13.32 81.41 81.39 81.37 81.35 El Directorio de Institutos Geográficos de Sur América, España y Portugal (DIGSA), consciente de la necesidad de hacer compatibles los sistemas geodésicos locales de referencia utilizados por los diferentes países de América del Sur, acordó promocionar la definición y establecimiento de un dátum único: SIRGAS (Sistema de Referencia Geocéntrico para América del Sur). Dicha tarea se inició en la Conferencia Internacional para la definición de un dátum geocéntrico para América del Sur llevada a cabo en Asunción (Paraguay) en octubre de 1993. Las entidades participantes fueron: la Asociación Internacional de Geodesia (AIG), el Instituto Panamericano de Geografía e Historia (IPGH), National Imagery and Mapping Agency (NIMA) y cada uno de los institutos geográficos de los países comprometidos. Los resultados obtenidos, después de tres años de arduas labores, se traducen en una red de 58 estaciones GPS distribuidas homogéneamente sobre el continente y que conforman el Dátum SIRGAS, cuyos ITRS e ITRF son el elipsoide GRS80 y el ITRF94 época 1995.4, respectivamente (Figura 5). Una vez definido el Dátum SIRGAS, su establecimiento está asociado a la vinculación de las diferentes redes locales de referencia. Para el efecto, el IGAC inició, a partir de las estaciones SIRGAS colombianas, la determinación de la Red Básica GPS de Colombia (Figura 6), la cual está constituida por 60 vértices, acompañados, cada uno de éstos, por una estación excéntrica, conocida como señal de acimut. Ésta fue ocupada en tres jornadas de campo llevadas a cabo en 1994, 1995 y 1997. Las observaciones fueron procesadas, en 1997, utilizando el software comercial de Leica (SKI) y el programa LTOP para compensación de redes geodésicas clásicas y, posteriormente, en 1998, se realizó el ajuste definitivo de la red utilizando el software científico Bernese. La precisión de las coordenadas geodésicas obtenidas alcanzan 2 cm en posición horizontal y 6 cm en posición vertical. 1 12 11 10 SANAN CARTA SMART BQUIL PLATO BOSCO RIOHA MAICA VALLED PTBOL NAZAR 30 9 COROZ MOMPO SROQU MONTE TIBU 8 TURBO CAUCA AGUAC CUCUT 20 7 YARUM BUCAR SARAV ARAUC 10 CARTAGENA MARACAIBOJUNQUITO LA CANOA AGUA LINDA KAMA BOGOTÁ P. INIRIDA KOUROU 6 5 SOLAN QUIBD PTBER RIONEGRO TUNJA GUARI MANIZ BOGOT YOPAL OROCU CRNOR PTCAR 0 GALAPAGOS PASTO LATACUNGA 4 MALPELO BTURA TULUA IBAGE VILLA PTINI PIURA ZAMORA IQUITOS LETICIA MANAOS IMPERATRIZ FORTALEZA CALI NEIVA BACOM 10 20 LIMA RIBERALTA AREQUIPA HUICHURAYA OLLAGUE ANTOFAGASTA SALTA CLARA SJ DE CHIQUITOS CAMIRI M. ESTIGARRIBIA CUIABA ASUNCIÓN P. IGUAZU P. PRUDENTE BRASILIA CURITIBA BOM JESUS LAPA VICOSA CACHOEIRA R. JANEIRO 2 1 0 GUAPI POPAY TUMAC FLORE PASTOMOCOARM2 IPIAL PTLEG SJGUA MITU SFELI ISLA DE PASCUA 30 CHAMONATE V. ROBLES SANTIAGO CRICYT MORRO CARRIEL DEL SUR YACARE CERRO VIGÍA LA MONTEVIDEO PLATA 1 2 CHORR ARARA PEDRE LOTE 24 40 50 EL MAITEN BALMACEDA LOTE 10B CARLOS IBAÑEZ RIO GRANDE 4 MAGNA RED BASICA GPS 5 80 79 78 77 76 75 74 7 72 71 70 69 68 67 66 LETIC 60 Dátum SIRGAS O HIGGINS Figura 6. MAGNA. Red básica GPS 70 110 100 90 80 70 60 50 40 30 Figura 5. Dátum SIRGAS (Sistema de Referencia Geocéntrico para América del Sur) Así mismo, con el propósito de proporcionar el soporte físico adecuado a los 10

15 14 1 12 11 10 9 8 7 6 5 4 2 1 0 1 2 4, 1998. DISPONIBLE EN FORMATO DIGITAL INTERVALO DE LOS CONTORNOS: 1 m NET (IGSN71) DÁTUM GEODÉSICO: GEODETIC REFERENCE SYSTEM 1980 (GRS80) PROYECCIÓN: CONFORME DE GAUSS 12.48 81.75 81.7 81.71 81.69 SAN ANDRES 13.32 81.41 81.39 81.37 81.35 5 82 81 80 79 78 77 76 75 74 7 72 71 70 69 68 67 66 12.60 12.58 12.56 12.54 12.52 12.50 13.40 13.38 13.36 13.34 ESCALA: 1:200 000 N: Altura geoidal 18 15 12 9 6 ARCHIPIELAGO DE SAN ANDRES, PROVIDENCIAYSANTACATALINA CENTROAMÉRICA 84 81 78 75 72 30 m 25 m 20 m 15 m 10 m 5 m 0 m -5 m -10 m -15 m -20 m -25 m -30 m JAMAICA MAR CARIBE COLOMBIA Superficie Topográfica Geoide Elipsoide levantamientos GPS desarrollados en el país, se determinó el modelo geoidal GEOCOL98 (Figura 7). La técnica utilizada en su cálculo, relaciona las características regionales (longitudes de onda larga) del campo gravitacional, expresadas en el Modelo EGM96 (Earth Geopotential Model, 1996), y sus detalles (longitudes de onda corta), obtenidos a través de la evaluación de anomalías gravimétricas medias (10 x10 ) con el modelo físicomatemático de Stokes. Las alturas geoidales obtenidas oscilan entre -24 y 27 m, y sus precisiones relativas están entre 0,18 y 0,30 m. La principal aplicación práctica de GEOCOL98 está en la determinación, con buenos índices de precisión, de alturas sobre el nivel medio del mar a partir de información GPS. generados por el dinamismo terrestre sin provocar traumatismos en su utilización. En este sentido, el nuevo Sistema Geodésico Nacional de Referencia deberá estar conformado por tres elementos: primero, una red permanente y activa que permita calcular continuamente coordenadas sobre la superficie terrestre para observar de manera constante la deformación del marco de referencia; segundo, una red básica que proporcione variaciones periódicas de sus coordenadas, facilitando la zonificación de los desplazamientos del marco de referencia y, finalmente, una red de densificación con la cantidad necesaria y adecuada distribución de estaciones para que sea accesible en cualquier lugar del país. 2.1 Red Geodésica Nacional Permanente y Activa. REPÚBLICA DE COLOMBIA MINISTERIO DE HACIENDA Y CRÉDITO PÚBLICO INSTITUTO GEOGRÁFICO AGUSTÍN CODAZZI MAPA GEOIDAL PARA COLOMBIA GEOCOL98 ESCALA: 1:3 000 000 PROVIDENCIA Y STA. CATALINA h H N = + h H N h: Altura elipsoidal H: Altura sobre el nivel medio del mar LOCALIZACIÓN TERRITORIOS INSULARES DE COLOMBIA Esta red estará conformada por 12 estaciones GPS fijas de operación continua (Figura 8) referidas al Dátum SIRGAS. Las estaciones transmitirán los datos observados en tiempo real a la Sede Central del Instituto, donde serán procesados y puestos a disposición de nuestros usuarios. Su funcionamiento también permitirá establecer los vectores de deformación cortical en Colombia; esto se traducirá en algoritmos de interpolación que cuantifiquen la variación temporal de las coordenadas del sistema geodésico de referencia y, a partir de los resultados, se pueda proporcionar a los usuarios un marco constantemente actualizado. Figura 7. Modelo geoidal para Colombia. (GEOCOL98) El nuevo marco de referencia ha sido el soporte para la utilización de la tecnología GPS en Colombia. No obstante, debe ser perfeccionado permanentemente. Su cualificación conducirá a una plataforma de referencia que absorba los cambios 11 Normalmente, los usuarios de GPS deben contar con al menos dos receptores para el desarrollo de sus levantamientos diferenciales: uno que se utiliza como base sobre un punto con coordenadas conocidas y otro que se emplea como móvil para ocupar los puntos nuevos a referir. Con la instalación de estaciones activas estamos ofreciendo el servicio de base, garantizando a nuestros usuarios altos niveles de

12.60 12.58 12.56 12.54 12.52 12.50 12.48 81.75 81.7 81.71 81.69 13.40 13.38 13.36 13.34 13.32 81.41 81.39 81.37 81.35 precisión en sus coordenadas, a más bajo costo y en menos tiempo. Adicionalmente, al proporcionar las coordenadas o la señal obtenida por las estaciones permanentes, el IGAC permite a la comunidad geodésica nacional realizar levantamientos GPS en cualesquiera momento o lugar, con la seguridad de que existe el código de referencia necesario para la óptima determinación de coordenadas. de posicionar periódicamente estos vértices, generará una política de mantenimiento que revertirá en la conservación adecuada de los monumentos. Se estima, que el período óptimo de reocupación es de cinco años. 1 12 11 10 9 SANAN CARTA MONTE COROZ SMART BQUIL PLATO MOMPO BOSCO PTBOL RIOHA MAICA VALLED SROQU TIBU NAZAR Vectores existentes 8 TURBO CAUCA AGUAC CUCUT 7 YARUM BUCAR SARAV ARAUC SAN ANDRÉS, PROVIDENCIA Y SANTA CATALINA 6 5 SOLAN QUIBD PTBER RIONEGRO TUNJA GUARI MANIZ BOGOT YOPAL OROCU CRNOR PTCAR 4 MALPELO BTURA TULUA IBAGE VILLA PTINI CALI NEIVA BACOM GUAPI POPAY SJGUA 2 1 TUMAC FLORE PASTOMOCOARM2 IPIAL MITU SFELI 0 PTLEG ARARA 1 CHORR PEDRE 2 4 MAGNA RED BASICA GPS Reocupación LETIC 5 80 79 78 77 76 75 74 7 72 71 70 69 68 67 66 Figura 9. MAGNA: Red Básica GPS, reocupación. 2.3 Red de densificación GPS. Figura 8. MAGNA: Red GPS Permanente y Activa. 2.2 Red Básica GPS. Si bien esta red ya ha sido determinada con estándares aceptables de precisión, la compleja situación geodinámica presente en Colombia hace necesaria la reocupación periódica de la misma (Figura 9). Dicha reocupación permitirá particularizar y sectorizar la variación de las coordenadas sobre la topografía, pudiéndose predecir la deformación de las comarcas superficiales, ofreciendo intervalos de cambio más precisos para los diferentes usuarios del GPS en el país. Por otra parte, la necesidad La red básica GPS tiene una distribución homogénea sobre territorio nacional y ha permitido la extensión del control horizontal y vertical a áreas, donde los métodos clásicos no podían desempeñarse. Sin embargo, sus vectores son demasiado largos, éstos oscilan desde 70 km en las regiones desarrolladas en el país, hasta 300 km en las áreas selváticas. Siendo consecuentes con la necesidad de elevar los estándares de calidad de los trabajos geodésicos en Colombia, es necesario que las distancias entre los vértices no sean superiores, preferiblemente, a 50 km. Por tal motivo, se establecerá una red de densificación que contendrá aproximadamente 380 estaciones (Figura 10), de características similares a las 12

12.60 12.58 12.56 12.54 12.52 12.50 12.48 81.75 81.7 81.71 81.69 13.40 13.38 13.36 13.34 13.32 81.41 81.39 81.37 81.35 de la red de primer orden. En realidad, la única diferencia radicará en que la reocupación de éstas será más distanciada en el tiempo. 1 12 11 10 9 8 7 6 5 4 2 1 0 1 2 4 MALPELO GORGONA MAGNA RED DE DENSIFICACIÓN GPS 5 80 79 78 77 76 75 74 7 72 71 70 69 68 67 66 Figura 10. MAGNA: Red de densificación GPS. 3. MEDIDAS TRANSITORIAS PARA LA COMPATIBILIDAD ENTRE LOS LEVANTAMIENTOS GPS Y LA CARTOGRAFÍA EXISTENTE El sistema de referencia definido por las tres redes expuestas, satisface los estándares internacionales vigentes para la georreferenciación de datos. Sin embargo, mientras que se establece y adopta MAGNA definitivamente, es necesario mantener la vigencia de la cartografía impresa y digital existente. Con este fin, la División de Geodesia ha desarrollado metodologías para el cálculo y aplicación de parámetros de transformación, que son un puente entre dicha cartografía y los levantamientos GPS. 13 De acuerdo con esto, se formulan las siguientes alternativas: A. Cartografía impresa: dibujar una gratícula adicional que muestre la posición de los meridianos y paralelos calculados sobre MAGNA. En aquéllas zonas, donde los productos cartográficos análogos están totalmente desactualizados o no existen los originales en papel de seguridad, es conveniente compilar la información correspondiente utilizando el nuevo dátum. B. Cartografía digital: La actualización de este tipo de información es más rápida, en su conversión pueden utilizarse los algoritmos computacionales de transformación diseñados en el IGAC, o pueden aplicarse valores de desplazamiento promedio consistentes y precisos, de modo que los productos finales siempre estén referidos a MAGNA. C. Cartografía alternativa: Considerando dentro de este grupo la representación gráfica derivada de imágenes de radar y técnicas ópticas (fotografía aéreas o imágenes de satélite), tales como los ortofotomapas y los espaciomapas, es conveniente que la referencia absoluta (control geodésico en campo) de éstas se haga sobre el sistema MAGNA. Si la referencia es relativa (control a partir de cartografía existente) se recomienda que se utilice la nueva gratícula puesta sobre los productos análogos, o se utilicen archivos digitales referidos al nuevo marco. Finalmente, es necesario considerar otro factor vital para el IGAC: los usuarios. En realidad, lo que determina la vigencia de cualquier sistema de referencia es su utilización; por tal motivo, es indispensable promover la aceptación de MAGNA por parte

de aquellos que fundamentan su labor en la información georreferenciada. En este sentido, la ha diseñado una serie de programas de asistencia técnica que permitan la difusión, la comprensión y la adopción del nuevo sistema sin causar mayores traumatismos. 3 VENTAJAS DEL NUEVO SISTEMA GEODÉSICO DE REFERENCIA El nuevo marco de referencia geodésico para Colombia constituirá una red homogénea y operacional, compatible internacionalmente que facilitará la definición de un nuevo sistema de representación cartográfica acorde con los estándares globales. El nuevo dátum permitirá asimilar los avances científicos y tecnológicos, ofrecerá posiciones georreferenciadas más precisas, más rápidas, menos costosas y fáciles de determinar. Asimismo, alcanzará los niveles de precisión exigidos por los Sistemas de Información Geográfica. Dentro del proceso de modernización del Estado Colombiano, que compromete a sus diferentes entidades con el desarrollo de servicios de información flexibles, la nueva plataforma permitirá la fácil manipulación de diferentes variables, entre las que se destacan: el sistema catastral, la titulación y valuación de tierras, el relieve, la hidrografía, la cobertura vegetal, la distribución política y la ubicación de zonas de riesgo natural en general; elementos ligados al sistema geodésico nacional vigente. En el caso particular del inventario predial, se podrá complementar el plan de desarrollo económico nacional, el control fiscal sobre la tenencia de la tierra, la formulación masiva de estrategias agropecuarias y la instrumentación definitiva de la política de descentralización administrativa formulada por el Gobierno Central. 14 El nuevo marco de referencia geodésico, facilitará la ejecución de las actividades relacionadas con el desarrollo sostenible, modernizará los levantamientos topográficos, fotogramétricos y catastrales, proporcionará mayor precisión en la base cartográfica para el diseño y construcción de obras civiles y permitirá el mejor desempeño de la navegación. Esto último, se traducirá en mejores condiciones de los terminales a fin satisfacer las especificaciones internacionales, mayor eficacia en la definición de rutas fluviales, aéreas, marítimas y terrestres y mejores condiciones de los sistemas de comunicación. Si bien, el nuevo sistema de referencia alcanzará objetivos de diversa índole, los principales beneficios pueden resumirse en: 3.1 Soporte a la automatización catastral. Este proceso no puede realizarse satisfactoriamente con las condiciones actuales. La formación y la actualización catastrales están representadas sobre una base cartográfica distorsionada que altera las formas y las áreas de los predios y dificulta la elaboración de sistemas de información catastral. Con la precisión del nuevo dátum se facilita la ejecución de las etapas del proceso catastral, se hace más confiable la determinación de zonas homogéneas geoeconómicas y la liquidación automática de los avalúos catastrales. 3.2 Simplificación del manejo digital de datos espaciales. Las distorsiones existentes en las coordenadas geográficas y la base cartográfica actual dificultan la combinación de los diferentes sistemas de información desarrollados en el país y no permiten su compatibilidad con las nuevas técnicas de georreferenciación. Por otra parte, las

nuevas aplicaciones de manipulación de los sistemas de información y la generación de cartografía alternativa obligan, cada vez más, a la utilización de elipsoides globales. El nuevo dátum responde favorablemente a estas condiciones: elimina las distorsiones geodésicas o cartográficas y proporciona niveles de precisión acordes con las exigencias de los algoritmos actuales. navegación aérea y marítima - La participación del país en proyectos internacionales de desarrollo regional. 4 NUESTROS USUARIOS Y EL NUEVO SISTEMA DE REFERENCIA. 3.3 Soporte a la descentralización administrativa. El sistema geodésico actual no puede ofrecer una referencia adecuada a esta política estatal, puesto que, con los sistemas clásicos no era posible extender el control sobre todo el territorio nacional. El nuevo dátum supera los obstáculos naturales y ofrece un cubrimiento homogéneo en los territorios insulares, las áreas selváticas y la zona más desarrollada del país; permite que cada municipio conozca detalladamente su jurisdicción, sus riquezas naturales y las fuentes potenciales de generación de recursos. Sobre esta base, la instrumentación de planes de desarrollo y programas de ordenamiento territorial, será más ágil, precisa y efectiva. 3.4 Reducción de riesgos para el Estado. El nuevo sistema de referencia proporciona mayores índices de precisión en las posiciones geodésicas y es compatible con las coordenadas determinadas por los países vecinos, minimiza la ocurrencia de errores y cualifica, entre otros, los siguientes aspectos: - La definición de linderos de predios estatales, departamentales y municipales - La demarcación de líneas fronterizas - La delineación de las áreas marinas colombianas - La adopción y satisfacción de los estándares internacionales en 15 Dentro de un contexto general, se puede plantear una categorización de diferentes tipos de usuarios, entre los que estarían comprometidos: 4.1 Los geodestas, ingenieros y topógrafos que se apoyan en el marco de referencia nacional para efectos de planeación y realización de proyectos de agrimensura y la confirmación de sus resultados. Este grupo será el directo beneficiario del cambio. El nuevo dátum satisface los requerimientos de la tecnología que actualmente están utilizando y sus levantamientos de georreferenciación serán más rápidos, más precisos y menos costosos. 4.2 Los cartógrafos y las unidades de producción cartográfica serán los más afectados con el cambio dado que, en su disciplina, los efectos serán más notorios e inmediatos. Sin embargo, como ya se mencionó, el soporte técnico que proporciona el IGAC facilitará, con premura, la adopción del nuevo dátum y la actualización de los mapas existentes (impresos y digitales) 4.3 Los organismos estatales y privados de diversa índole dedicados a codificar información para los efectos de generación de cartografía automatizada, administración de bases de datos georreferenciados y generación

Sistemas de Información Geográfica, podrán asumir con facilidad el cambio dada la naturaleza de la información que manipulan. Al igual que los grupos anteriores, contarán con la asistencia técnica del IGAC para la adopción del nuevo dátum. 4.4 Finalmente, se encuentran usuarios de diversa naturaleza que pueden beneficiarse del cambio indirectamente, entre éstos se mencionan a los profesores de geociencias, los consultores privados y los investigadores, los cuales, independientemente de las labores que desarrollen, la utilización del nuevo dátum los ubicará en la vanguardia de la tecnología. A lo anterior puede agregarse el notable incremento de usuarios, de la más amplia gama, que ha tenido la información georreferenciada en Colombia. Ésta ya no solo es requerida por las comunidades geodésica y cartográfica, también es solicitada por los organismos que están vinculados con el Ordenamiento Territorial, Planeación regional y urbana, Desarrollo y administración de Recursos Naturales, Programas de reducción de riesgos ambientales, Sistemas de información catastral, Sistemas de transporte, Navegación y comunicaciones, entre otros, que en el contexto de la planeación y del desarrollo económico y social requieren, en estos tiempos, de información más precisa, que MAGNA estará en condiciones de satisfacer plenamente. CONCLUSIONES La actualización del marco de referencia y, por consiguiente, de la base cartográfica nacional, es una tarea inevitable que debe abordarse a corto plazo. Si bien, las exigencias técnicas y económicas para su establecimiento y puesta en marcha, son de gran envergadura, los beneficios que trae rebosarán ampliamente los objetivos propuestos y permitirán entrar al nuevo milenio con paso firme en la georreferenciación de datos. No obstante lo expuesto a lo largo de este documento, el cambio de sistema de referencia no puede ser abrupto, éste requiere de un período de transición razonable asociado a la aceptación y adopción por parte de los usuarios. En este sentido, es importante observar que no todos ellos tendrán iguales posibilidades de adaptación, bien sea por carencia de tecnología, por limitaciones o conveniencia. A pesar de esto, en la medida que avance el tiempo, tendrán que migrar al nuevo Sistema MAGNA. Vale la pena mencionar, que no es conveniente agregar nuevos levantamientos al Dátum Bogotá y a la red ARENA, por el contrario, se espera que su uso disminuya gradualmente a medida que la información georreferenciada se vaya publicando y distribuyendo dentro del nuevo sistema. En realidad, lo que se pretende es que todo nuevo levantamiento que se realice en el país esté referido a MAGNA. Los esfuerzos del IGAC, en el área de Geodesia, se centran en proporcionar la mejor referencia para el país. Su diseño y principios obedecen a las ventajas que resultan de su aplicación por parte de los usuarios; sin embargo, somos conscientes de la diversidad de requerimientos que existen y que siempre habrá una petición más por satisfacer. Frente a esto nos resta manifestar, sin cejar en nuestro esfuerzo por el desarrollo de la Geodesia en el país, la intención de fortalecer los vínculos de cooperación entre los usuarios de la información georreferenciada y el IGAC. 16

NUEVO SISTEMA GEODÉSICO PARA COLOMBIA MAGNA MARCO GEOCÉNTRICO DE REFERENCIA NACIONAL REPÚBLICA DE COLOMBIA MINISTERIO DE HACIENDA Y CRÉDIT O PÚBLICO Carrera 30 No. 48 51 Oficina 401 Teléfonos: 368 1040-368 3666 Ext. 267 550 Fax: 368 0991 http://www,igac.gov.co geodesia@igac.gov.co 17